Longitudinal shear test on steel-concrete composite beam with two rows of shear studs

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明：带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为“八”字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

钢-混凝土组合梁抗火性能试验研究

对两种组合梁形式:主梁式试件(压型钢板肋平行于钢梁)和次梁式试件(压型钢板肋垂直于钢梁)分别进行了抗火试验。试验中量测了试验炉火升温过程,试件的温度和跨中挠度。通过对试验结果的分析发现:由于混凝土板有明显的阻热作用,组合梁中的混凝土板升温较慢,钢梁升温较快,导致钢梁截面温度分布不均匀;由于高温和外力共同作用下,在梁端发生混凝土抗剪破坏,而栓钉由于受到混凝土的保护,温度较低,栓钉仍能正常发挥抗剪连接作用;跨中挠度达到梁跨的1/30后,变形快速增大,随之在跨中形成一条横向贯穿混凝土楼板的主压溃裂缝,产生塑性铰并形成机构,使简支组合梁产生不适于继续承载的变形,达到破坏。     

矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区受力性能试验研究

矩形钢管混凝土组合桁梁由混凝土板和矩形钢管混凝土桁架组成,在竖向荷载作用下,其正弯矩区可充分发挥混凝土板和桁架的组合作用,但负弯矩区的力学性能较为薄弱且受拉混凝土板容易开裂。针对这一问题,提出了在负弯矩区混凝土板施加预应力以及布置局部释放剪切作用的剪力钉相结合的组合桁梁结构形式。采用跨中施加反向集中荷载模拟连续梁支点反力的方法,对2榀承受负弯矩的矩形钢管混凝土组合桁梁进行了静力加载试验,对其荷载-位移关系、裂缝发展规律、混凝土板应变分布、桁梁荷载-应变关系、钢与混凝土界面滑移及承载力进行了分析。还根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明：采用局部释放剪切作用的剪力钉和混凝土板施加预应力的组合桁梁结构形式可有效提高其抗裂性能,但对受弯承载力影响较小;在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;由简化力学模型计算得到的结构特征内力与实测值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。     

腐蚀与荷载耦合作用下钢-混凝土组合梁长期变形研究

为探究腐蚀与荷载耦合作用下钢 混凝土组合梁长期变形规律,对钢-混凝土组合梁进行腐蚀与荷载耦合作用225d的长期性能试验,考虑不同加载龄期、栓钉锈蚀率对钢-混凝土组合梁界面相对滑移和长期挠度的影响。研究结果表明：在腐蚀与荷载耦合作用下,栓钉锈蚀率越高,组合梁的界面相对滑移及长期挠度也越大;长期挠度增长与混凝土徐变发展规律类似,与混凝土加载龄期7d的组合梁相比,混凝土加载龄期28d的组合梁长期挠度较小;基于龄期调整的有效模量法和应力重分布原理,考虑组合梁由混凝土收缩徐变和栓钉锈蚀引起的附加挠度,提出栓钉锈蚀条件下组合梁的长期挠度计算公式;组合梁长期挠度理论计算值与实测值吻合较好,可为工程实际运用提供参考。     

闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳性能试验研究

为研究闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳性能,完成14块闭口型压型钢板-混凝土组合板的疲劳试验研究。试验主要考察组合板端部栓钉布置、组合板板厚、疲劳荷载水平及组合板加载剪跨比等4个主要因素对组合板疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合板在各个关键阶段的动挠度、动滑移、压型钢板及混凝土应变、组合板残余挠度及组合板剩余承载能力等参数进行测量和分析。在试验研究基础上,根据组合板疲劳破坏形态及损伤发展情况,着重对组合板的疲劳性能进行较全面研究,初步提出组合板疲劳性能水平评估方法及组合板疲劳设计建议。试验研究结果表明,无栓钉组合板的疲劳性能明显差于带栓钉组合板,布置栓钉可大大提高组合板疲劳性能;无栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为40%的静力极限荷载,而带栓钉组合板的设计疲劳荷载上限可以取为60%的静力极限荷载。研究结果为闭口型压型钢板-混凝土组合板疲劳设计计算提供有利依据。     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。     

Seismic behavior of composite connections — flexural capacity analysis

Based on the experimental results of connections composed of concrete-filled square steel tubular columns and steel-concrete composite beams with interior diaphragms or anchored studs, the flexural capacity of connections is studied theoretically in the present paper. Analytical models are proposed, with consideration of the effects of axial load, concrete slab, middle interior diaphragm, beam and column width condition, and punching shear failure mode. Formulae in different conditions are established based on these models. The predictions and the test results are compared and they are in good agreement.     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54.15%,极限强度提高27.72%。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪性能试验研究

通过13个在单调荷载作用下H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的推出试验,对其破坏形态、荷载-滑移特性和纵向剪力传递性能进行了研究,分析了栓钉数量、栓钉直径、栓钉布置方式、型钢翼缘宽度、腹部混凝土箍筋布置方式及加载方式等对受剪承载力的影响。试验结果表明：H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件的主要破坏形态为外包混凝土劈裂破坏和栓钉剪断破坏;典型的荷载-滑移曲线可分为3个特征阶段,分别为无滑移阶段、荷载上升段及荷载下降段;腹部栓钉有效地提高了部分外包混凝土组合构件的纵向受剪承载力,且受剪承载力随栓钉直径的增大和栓钉数量的增加而增大;腹部栓钉纵向布置优于横向布置,栓钉纵向偏心布置对受剪承载力影响较小;宽翼缘型钢能更好地约束腹部混凝土,提高其受剪承载力;腹部箍筋不同布置方式对极限荷载的影响较小;通过分析构件的受力机理和纵向剪力传递模式,提出了H型钢腹板焊接栓钉的部分外包混凝土组合构件纵向受剪承载力算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Shear behavior of partially encased steel-concrete composite specimens under tension

为了研究型钢与部分外包混凝土的在拉力作用下的纵向剪力传递性能,对6个部分外包钢-混凝土组合构件进行了轴拉试验,对其破坏形态和荷载-滑移曲线进行了分析。试验中主要考虑了型钢与腹部混凝土的黏结长度、混凝土强度、栓钉连接件数量等影响因素。研究结果表明：部分外包钢-混凝土组合构件破坏形态主要表现为黏结破坏、混凝土压碎和栓钉剪断;轴拉试验和推出试验中无栓钉连接的部分外包型钢混凝土组合构件的黏结力均随着型钢与混凝土间的黏结长度的增加而增大;对于无栓钉和有栓钉组试件,轴拉试验和推出试验中型钢与混凝土间的受剪承载力均随着混凝土抗拉强度的增加而增大,且近似成线性关系;部分外包钢-混凝土组合构件的受剪承载力随栓钉数量的增加而增大;相较无栓钉组试件,采用2根栓钉连接和4根栓钉连接的轴拉试件,其受剪承载力分别可提高近100%和250%。     

楼板对钢筋混凝土柱-钢梁空间组合体抗震性能影响研究

楼板在地震作用下对钢筋混凝土柱-钢梁组合体抗震性能的影响是建立地震作用下节点计算模型的基础,也是准确评价组合结构体系抗震性能的关键问题之一。为此,完成了3个钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)空间组合体试件在考虑不同楼板宽度情况下的抗震性能试验,分析整个受力过程中楼板受力性态对组合构件受力特征、破坏模式等抗震性能的影响。各试验模型在加载过程中均产生梁铰破坏,并表现出较好的延性和耗能能力,最终因节点区钢梁屈曲、扁钢箍开裂和柱端混凝土压碎而丧失承载力。分析表明,楼板裂缝以横向裂缝为主,随着楼板宽度增加,次生斜裂缝增多,板底混凝土压碎区域增大;混凝土楼板与钢梁组合体对节点核心区的约束作用较明显地改善了空间组合体受力性能。对楼板混凝土和板内纵筋在受力过程中的应变进行分析,结果表明,随着楼板宽度的增加,楼板对RCS空间组合体刚度、承载力的贡献值有限。对现浇板受拉有效翼缘宽度进行分析,结果表明考虑钢-混凝土组合梁翼缘有效宽度对梁端受弯承载力、惯性矩影响较大。     

收缩徐变对钢-混凝土组合梁弯曲变形的影响分析

为了研究收缩和徐变应变对长期荷载作用下钢-混凝土组合梁弯曲变形以及界面剪力和相对滑移的影响,提出状态空间法求解得到任意截面处界面剪力和界面滑移沿轴向分布的解析解。对比均布荷载作用下简支梁的计算结果与文献中的解析解,验证所提方法的有效性。着重考察了收缩和徐变效应对均布和集中荷载作用下简支梁界面剪力和界面滑移的影响,并研究了剪力连接键滑移刚度的变化对组合梁挠度的影响。结果表明：剪力连接键滑移刚度越大,挠度随收缩徐变累积的相对增加量越大;界面剪力和界面滑移随加载时间逐渐减小。同时给出了合理抗滑移刚度的建议值。图9参18     

推出试验中摩擦接触效应的数值分析

建立精确有效的2D非线性有限元模型,以研究组合桥梁中预制混凝土板和钢梁间抗剪连接件的力学性质。考虑材料非线性本构关系,采用4节点平面单元,该模型还对大梁翼缘与混凝土板以及混凝土板底部双头螺柱与混凝土之间的摩擦接触面进行了有限元分析。将数值分析结果与试验结果进行比较。每个试件中含有4个或9个双头螺柱。首先,给出能够精确模拟经典3D实际问题的2D数值分析法:等值法。然后,进行数值计算,研究摩擦系数对试件加载滑动性能的影响以及试件的内部变形与内力分布情况。最后,利用参数研究法和实际经验更好地进行连接件设计。     

Parametric study and fatigue-life-cycle design of shear studs in composite bridges

Headed studs are widely used in steel-concrete composite bridges to resist longitudinal shear forces at the interface of steel girder and concrete slab. These studs are subjected to high-cycle fatigue loading due to the growth of traffic and increase in train speed. Within the frame of this paper, the dynamic structural behavior of the shear studs during train passages is studied. Different fatigue endurance models are employed for fatigue life estimation. A parametric study is performed to investigate the effects of different parameters that influence the fatigue life of shear studs. Finally a fatigue-life-cycle design procedure based on the train-bridge interaction analysis and the fatigue endurance model is proposed.     

Capacities of headed stud shear connectors in composite steel beams with precast hollowcore slabs

In steel-concrete composite beams, the longitudinal shear force is transferred across the steel flange/concrete slab interface by the mechanical action of the shear connectors. The ability of the shear connectors to transfer these longitudinal shear forces depends on their strength, and also on the resistance of the concrete slab against longitudinal cracking induced by the high concentration of shear force. Most of the research in composite construction has concentrated on the more traditional reinforced concrete and metal deck construction, and little information is given on shear capacity of the headed studs in precast hollowcore slabs. In this paper, a standard push test procedure for use with composite beams with precast hollowcore slabs is proposed. Seven exploratory push tests were carried out on headed studs in solid RC slabs to validate the testing procedures, and the results showed that the new test is compatible with the results specified in the codes of practice for solid RC slabs. Once a standard procedure is established, 72 full-scale push tests on headed studs in hollowcore slabs were performed to determine the capacities of the headed stud connectors in precast hollowcore slabs and the results of the experimental study are analysed and findings on the effect of all the parameters on connectors’ strength and ductility are presented. Newly proposed design equations for calculating the shear connectors’ capacity for this form of composite construction are also be given.     

钢与混凝土组合梁的可靠度分析

建立了对桥梁中钢与钢筋混凝土组合梁可靠度分析的半随机过程模型,研究了考虑车辆荷载（包括活载和冲击荷载）与恒载组合作用于下组合梁的可靠度评估．TR荷载组合规则被用来考虑荷载效应之间的关系．运用系统可靠度评估的方法,组合梁被模型化为由混凝土板、剪力传递器和钢梁串联而成的结构系统．     

Experimental study of bonded steel concrete composite structures

This paper deals with the experimental analysis of the mechanical behaviour of bonded steel-concrete composite structures. The steel girder and the concrete slab are assembled by adhesives. The effect of the main parameters, such as the adhesive nature and the irregular thickness of the adhesive joint, on mechanical performance and ultimate load is studied. Two adhesives are used in this work. The results show that the connection between the steel girder and the concrete slab ensured by epoxy adhesive is perfect and without any slip in the steel-concrete interface. In the case of the composite beam interface ensured by polyurethane, the connection is flexible. The influence of the variation in adhesive thickness, 2 mm in the transverse direction and 4 mm in the longitudinal direction, on the mechanical behaviour and ultimate force is not important. The first cracks in the concrete slab appear in the transverse direction. The experimental results show that it is possible to realise a steel concrete composite structure bonded by adhesive.     

考虑滑移和剪切变形的单箱双室组合箱梁剪力滞效应

为准确分析单箱双室组合箱梁的剪力滞效应,考虑钢混凝土的界面滑移效应和钢腹板的剪切变形,针对顶底板和翼板定义不同的剪力滞翘曲位移函数,基于能量变分法推导出单箱双室组合箱梁剪滞效应的控制微分方程及其闭合解。以单箱双室组合箱梁算例为基础,利用该方法分析其剪力滞效应的规律,结果表明:在同时考虑滑移和剪切变形时,组合箱梁的挠度比初等梁理论解大,且其挠度随界面滑移刚度的增大而减小;组合箱梁在均布荷载作用下,滑移量与荷载值近似成正比关系;在相同条件下,钢箱梁底板的剪力滞效应较混凝土顶板显著。     

陶粒混凝土-开孔薄壁钢梁组合楼板的受力性能研究

由腹板开孔且翼缘卷边的H形薄壁钢梁和陶粒混凝土预制板经后浇砂浆和抗剪键组装而成的组合楼板,具有轻质、高强、无需支模、装配化程度高等优势。为研究该类组合楼板的受力性能,对6组不同构造的两边简支组合楼板试件开展静载试验,分析抗剪键分布及薄壁钢壁厚的变化对组合楼板整体受力性能的影响。结果表明：对应等效均布荷载2kN/m2的组合楼板,中心挠度远小于L/500,能够承担的最大荷载值为13.25kN/m2;当混凝土严重开裂且板跨中最大挠度达到L/45时,组合楼板试件并未出现整体塌落;主钢梁上抗剪栓钉的增加,对提高组合楼板的极限荷载和整体刚度均不明显;边梁增设抗剪栓钉对组合楼板的屈服荷载及整体刚度均产生显著影响,当边梁设置与主梁同样的抗剪栓钉时,屈服荷载和整体刚度增幅分别为82.1%和35.6%。